2021高考物理一轮复习 第2章 相互作用 第1节 重力 弹力 摩擦力课件

第二章相互作用考点要求滑动摩擦力、动摩擦因数、静摩擦力Ⅰ形变、弹性、胡克定律Ⅰ矢量和标量Ⅰ力的合成和分解Ⅱ共点力的平衡Ⅱ实验二：探究弹力和弹簧伸长的关系实验三：验证力的平行四边形定则第二章相互作用高考命题点实况该部分知识是力学的基础，近几年高考中出题率较高的知识点有：(1)物体的受力分析；(2)共点力平衡条件的应用；(3)力的合成与分解；(4)整体法和隔离法的应用；(5)力的动态平衡问题等，题型多为选择题.高考对本章知识单独考查一个知识点的试题非常少，大多数情况都是同时涉及几个知识点，例如2019年Ⅰ卷15题、19题，Ⅱ卷16题，Ⅲ卷16题等．考查时注重对物理思维与物理能力的考核，尤其是以生活中的实际问题为背景考查静力学的知识.第二章相互作用第二章相互作用第一节重力弹力摩擦力【基础梳理】提示：弹性形变直接接触弹性形变相反弹性限度正比接触面粗糙接触处有弹力相对运动趋势0Ffm相反μFN相反粗糙程度【自我诊断】判一判(1)只要物体发生形变就会产生弹力作用．()(2)物体所受弹力方向与施力物体形变的方向相反．()(3)轻绳、轻杆的弹力方向一定沿绳、杆的方向．()(4)滑动摩擦力的方向不可能与物体运动方向相同．()(5)滑动摩擦力的大小与物体运动的速度无关，与接触面的面积大小也无关．()(6)运动的物体也可能受到静摩擦力的作用．()×√××√√做一做如图所示，在一个正方体的盒子中放有一个质量分布均匀的小球，小球的直径恰好和盒子内表面正方体的棱长相等，盒子沿倾角为α的固定斜面滑动，不计一切摩擦，下列说法中正确的是()A．无论盒子沿斜面上滑还是下滑，球都仅对盒子的下底面有压力B．盒子沿斜面下滑时，球对盒子的下底面和右侧面有压力C．盒子沿斜面下滑时，球对盒子的下底面和左侧面有压力D．盒子沿斜面上滑时，球对盒子的下底面和左侧面有压力提示：选A.先以盒子和小球组成的系统为研究对象，无论上滑还是下滑，用牛顿第二定律均可求得系统的加速度大小为a＝gsinα，方向沿斜面向下，由于盒子和小球始终保持相对静止，所以小球的加速度大小也是a＝gsinα，方向沿斜面向下，小球重力沿斜面向下的分力大小恰好等于所需的合外力，因此不需要盒子的左、右侧面提供弹力，故选项A正确．弹力的分析与计算【知识提炼】1．弹力的判断(1)弹力有无的判断(2)弹力方向的判断①五种常见模型中弹力的方向②根据共点力的平衡条件或牛顿第二定律确定弹力的方向．2．弹力大小计算的三种方法(1)根据胡克定律进行求解．(2)根据力的平衡条件进行求解．(3)根据牛顿第二定律进行求解．【典题例析】(2017·高考全国卷Ⅲ)一根轻质弹性绳的两端分别固定在水平天花板上相距80cm的两点上，弹性绳的原长也为80cm.将一钩码挂在弹性绳的中点，平衡时弹性绳的总长度为100cm；再将弹性绳的两端缓慢移至天花板上的同一点，则弹性绳的总长度变为(弹性绳的伸长始终处于弹性限度内)()A．86cmB．92cmC．98cmD．104cm[审题突破]缓慢移至同一点可做平衡态处理；始终处于弹性限度内说明劲度系数k不变；钩码挂在绳的中点，相当于两根绳共同承担钩码重力．利用胡克定律求解即可．[解析]将钩码挂在弹性绳的中点时，由数学知识可知钩码两侧的弹性绳(劲度系数设为k)与竖直方向夹角θ均满足sinθ＝45，对钩码(设其重力为G)静止时受力分析，得G＝2k1m2－0.8m2cosθ；弹性绳的两端移至天花板上的同一点时，对钩码受力分析，得G＝2kL2－0.8m2，联立解得L＝92cm，可知A、C、D项错误，B项正确．[答案]B【迁移题组】迁移1弹力的有无及方向判断1．如图所示，小车内一根轻质弹簧沿竖直方向和一条与竖直方向成α角的细绳拴接一小球．当小车和小球相对静止，一起在水平面上运动时，下列说法正确的是()A．细绳一定对小球有拉力的作用B．轻弹簧一定对小球有弹力的作用C．细绳不一定对小球有拉力的作用，但是轻弹簧对小球一定有弹力D．细绳不一定对小球有拉力的作用，轻弹簧对小球也不一定有弹力解析：选D.若小球与小车一起匀速运动，则细绳对小球无拉力；若小球与小车有向右的加速度a＝gtanα，则轻弹簧对小球无弹力，D正确．迁移2轻绳模型中的“死结”和“活结”问题2．(多选)如图所示，用滑轮将质量为m1、m2的两物体悬挂起来，忽略滑轮和绳的重力及一切摩擦，使得0＜θ＜180°，整个系统处于平衡状态，关于m1、m2的大小关系应为()A．m1必大于m2B．m1必大于m22C．m1可能等于m2D．m1可能大于m2解析：选BCD.结点O受三个力的作用，如图所示，系统平衡时F1＝F2＝m1g，F3＝m2g，所以2m1gcosθ2＝m2g，m1＝m22cosθ2，所以m1必大于m22.当θ＝120°时，m1＝m2；当θ＞120°时，m1＞m2；当θ＜120°时，m1＜m2，故B、C、D选项正确．迁移3轻弹簧模型中胡克定律的应用3.(2018·高考全国卷Ⅰ)如图，轻弹簧的下端固定在水平桌面上，上端放有物块P，系统处于静止状态．现用一竖直向上的力F作用在P上，使其向上做匀加速直线运动．以x表示P离开静止位置的位移，在弹簧恢复原长前，下列表示F和x之间关系的图象可能正确的是()解析：选A.假设物块静止时弹簧的压缩量为x0，则由力的平衡条件可知kx0＝mg，在弹簧恢复原长前，当物块向上做匀加速直线运动时，由牛顿第二定律得F＋k(x0－x)－mg＝ma，由以上两式解得F＝kx＋ma，显然F和x为一次函数关系，且在F轴上有截距，则A正确，B、C、D错误．迁移4轻杆模型中的铰链问题4．(2019·潍坊模拟)如图甲所示，轻杆OB可绕B点自由转动，另一端O点用细绳OA拉住，固定在左侧墙壁上，质量为m的重物用细绳OC悬挂在轻杆的O点，OA与轻杆的夹角∠BOA＝30°.乙图中水平轻杆OB一端固定在竖直墙壁上，另一端O装有小滑轮，用一根绳跨过滑轮后悬挂一质量为m的重物，图中∠BOA＝30°，求：(1)甲、乙两图中细绳OA的拉力各是多大？(2)甲图中轻杆受到的弹力是多大？(3)乙图中轻杆对滑轮的作用力是多大？解析：(1)由于甲图中的杆可绕B转动，是转轴杆(是“活杆”)，故其受力方向沿杆方向，O点的受力情况如图(a)所示，则O点所受绳子OA的拉力FT1、杆的弹力FN1的合力与物体的重力是大小相等、方向相反的，在直角三角形中可得，FT1＝mgsin30°＝2mg；乙图中是用一细绳跨过滑轮悬挂物体的，由于O点处是滑轮，它只是改变绳中力的方向，并未改变力的大小，且AOC是同一段绳子，而同一段绳上的力处处相等，故乙图中绳子拉力为F′T1＝F′T2＝mg.(2)由图(a)可知，甲图中轻杆受到的弹力为F′N1＝FN1＝mgtan30°＝3mg.(3)对乙图中的滑轮受力分析，如图(b)所示，由于杆OB不可转动，所以杆所受弹力的方向不一定沿OB方向．即杆对滑轮的作用力一定与两段绳的合力大小相等，方向相反，由图(b)可得，F2＝2mgcos60°＝mg，则所求力F′N2＝F2＝mg.答案：(1)2mgmg(2)3mg(3)mg迁移角度解决办法易错警示弹力的有无及方向判断假设法或条件法准确找到物体接触的公切面是判断方向的关键轻绳模型中的拉力沿绳且指向绳收缩的方向有无“结点”是绳中张力是否相等的判断条件迁移角度解决办法易错警示轻弹簧模型中的弹力沿弹簧且与弹簧形变方向相反满足胡克定律且轻弹簧两端受力始终大小相等，与其运动状态无关．弹簧的弹力不能突变，只能渐变轻杆模型中的弹力不一定沿杆方向有无“铰链”是杆中弹力是否沿杆方向的判断依据摩擦力的方向判断与大小计算【知识提炼】1．静摩擦力的有无和方向的判断方法(1)假设法：利用假设法判断的思维程序如下：(2)状态法：先判断物体的状态(即加速度的方向)，再利用牛顿第二定律(F＝ma)确定合力，然后通过受力分析确定静摩擦力的大小及方向．(3)牛顿第三定律法：先确定受力较少的物体受到的静摩擦力的方向，再根据“力的相互性”确定另一物体受到的静摩擦力的方向．2．摩擦力大小计算的思维流程【典题例析】长直木板的上表面的一端放有一铁块，木板由水平位置缓慢向上转动(即木板与水平面的夹角α变大)，另一端不动，如图所示，则铁块受到的摩擦力Ff随角度α的变化图象可能正确的是(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)()[审题指导]找到物体摩擦力的突变“临界点”是解答此题的关键．[解析]设木板与水平面间的夹角增大到θ时，铁块开始滑动，显然当α＜θ时，铁块与木板相对静止，由力的平衡条件可知，铁块受到的静摩擦力的大小为Ff＝mgsinα；当α≥θ时铁块与木板间的摩擦力为滑动摩擦力，设动摩擦因数为μ，由滑动摩擦力公式得铁块受到的摩擦力为Ff＝μmgcosα.通过上述分析知道：α＜θ时，静摩擦力随α角增大按正弦函数增大；当α≥θ时，滑动摩擦力随α角增大按余弦规律减小，故C正确．[答案]C【迁移题组】迁移1摩擦力的有无和方向判断1．如图所示，某粮库使用电动传输机向粮垛上输送麻袋包，现将一麻袋包放置在倾斜的传送带上，与传送带一起斜向上匀速运动，其间突遇故障，传送带减速直至停止．若上述匀速和减速过程中，麻袋包与传送带始终保持相对静止，则下列说法正确的是()A．匀速运动时，麻袋包只受重力与支持力作用B．匀速运动时，麻袋包受到的摩擦力一定沿传送带向上C．减速运动时，麻袋包受到的摩擦力一定沿传送带向下D．减速运动时，麻袋包受到的摩擦力一定沿传送带向上解析：选B.传送带匀速运动时，麻袋包受力平衡，麻袋包除受重力、垂直传送带向上的支持力外，还要受沿斜面向上的摩擦力的作用，A错误，B正确，传送带向上减速运动时，麻袋包的加速度沿斜面向下，设传送带倾角为θ，麻袋包的加速度大小为a；当a＝gsinθ时，摩擦力为零；当a＞gsinθ时，摩擦力沿传送带向下；当a＜gsinθ时，摩擦力沿传送带向上，C、D错误．迁移2滑动摩擦力的分析与计算2．(2017·高考全国卷Ⅱ)如图，一物块在水平拉力F的作用下沿水平桌面做匀速直线运动．若保持F的大小不变，而方向与水平面成60°角，物块也恰好做匀速直线运动．物块与桌面间的动摩擦因数为()A．2－3B．36C．33D．32解析：选C.当拉力水平时，物块做匀速运动，则F＝μmg，当拉力方向与水平方向的夹角为60°时，物块也刚好做匀速运动，则Fcos60°＝μ(mg－Fsin60°)，联立解得μ＝33，A、B、D项错误，C项正确．迁移3静摩擦力的分析与计算3.如图所示为武警战士用头将四块砖顶在墙上苦练头功的照片．假设每块砖的质量均为m，砖与墙面、砖与头间的动摩擦因数均为μ，最大静摩擦力等于滑动摩擦力．要使砖恰好静止不动，则武警战士的头对砖施加的水平力为()A．mgμB．2mgμC．3mgμD．4mgμ解析：选B.以四块砖为研究对象，进行受力分析．砖恰好静止不动，则砖所受到的摩擦力刚好与其重力相等，即f1＋f2＝4mg，又f1＝f2＝μF，联立两式可得F＝2mgμ，即武警战士施加的水平力为F＝2mgμ，选项B正确．迁移角度解决办法易错警示摩擦力的方向判断假设法或条件法只有在产生弹力的条件下，才有可能产生摩擦力．且要准确判定相对运动方向或相对运动趋势方向迁移角度解决办法易错警示滑动摩擦力问题大小用公式Ff＝μFN计算，方向与相对运动方向相反滑动摩擦力方向与物体运动方向没有必然联系，大小用公式计算且与运动状态无关静摩擦力问题大小没有公式直接计算，但最大静摩擦力约等于滑动摩擦力一定要体会相对运动趋势，且静摩擦力方向具有“可变性”摩擦力的“突变”问题【知识提炼】静→静“突变”当作用在物体上的其他力的合力发生突变时，两物体仍保持相对静止，则物体所受静摩擦力可能发生突变动→动“突变”某物体相对于另一物体在滑动的过程中，若相对运动方向变了，则滑动摩擦力方向也发生突变，突变点常常为两物体相对速度为零时静→动“突变”物体相对静止，当其他力变化时，如果不能保持相对静止状态，则物体受到的静摩擦力将突变为滑动摩擦力，突变点常常为静摩擦力达到最大值时动→静“突变”两物体相对滑动的过程中，若相对